건축시공학

1. 개념 및 정의

1) 건축시공의 정의

건축시공이란 건축물을 축조하는데 필요한 자재와 장비를 가지고 기술과 인력을 투입하여 목적물을 필요한 기일 내에 완성하는 작업이다. 이렇게 건축시공을 위한 요소로서 4가지가 있는데 질 좋은 자재, 성능이 좋은 장비뿐 아니라, 토공사, 철근콘크리트, 전기, 설비 등 각 공종의 시공기술 및 생산관리 기술까지 필요하며, 또한 사전에 제작된 설계도서에 의하여 구조, 기능, 미 3가지 건축요소에 합리적이며, 성실히 일을 진행할 인력이 필요하다. 특히 경제적이고 우수한 품질의 건축물을 위해 원가관리, 공정관리, 품질관리 등의 생산관리 기술이 필요한데, 이러한 기술을 활용하여 건축주의 요구에 적합한 건축물을 생산하는 것이 건축시공의 목적이다.1)

2) 건축시공학

건축시공학(建築施工學, construction)은 건설관리학(建設管理學, construction management)으로도 불리고 있으며, 건설계약과 관리 등을 연구하는 건설경영학(建設經營學, construction management) 부분과 공정관리, 원가관리, 품질관리, 안전관리, 조달관리, 건축물 유지관리 등 건설공사관리 부분에 대한 연구분야 그리고, 가설공사-토공사-지정공사-철근콘크리트공사-철골공사-건축설비공사-조적공사-목공사-창호공사-방수공사-지붕공사-마감공사의 순서로 이루어지는 각론적 건축시공기술의 연구를 포함하고 있다.

특히 현대의 건축물은 대형화, 복합화로 인해 건축시공학이란 건축이 단순히 건축적인 문제 이외에도 사회적, 환경적 부분과 연관성이 증대됨에 따라 이들을 종합적으로 고려하여 시공해야 한다. 즉, 현대의 건축시공은 건축분야뿐만 아니라 사회학(社會學, sociology), 경영학(經營學, business management), 환경공학(環境工學, environmental engineering) 이외에도 여러 분야와 밀접한 관련을 가지고 있으므로 건축시공은 체계적이고 과학적으로 관리되어야 하며, 따라서 건축시공은 여러 분야와 연관성 있는 과학기술의 학문으로 정의될 수 있다.2)

2. 역사와 발전단계

1) 고대의 건축시공학

건축시공학의 역사는 원시시대에 거석문화에서 그 기원을 찾을 수 있다. 죽은 자의 무덤으로 사용되거나 당시의 랜드마크(land mark) 역할을 했던 고인돌이나, 선돌 등이 현존하는 가장 오래된 건축물로서 건축시공학이라고 학문의 범주로 넣기는 무리가 있으나, 조금 더 발전된 모습을 보이는 마스터바나 피라미드와 같은 건축물은 현시대에도 감히 축조하기 어려운 시공기술을 보여주는 면도 있다. 다시 말해서 역사상 인류는 주거와 생활양식을 통해서 건축과는 뗄 수 없을 정도로 밀접한 관계를 가지고 있다.

2) 그리스의 건축시공학

그리스시대의 건축(Hellenic architecture)은 고전 건축시공의 이정표를 찍는 중요한 시기로서 이때에는 학파가 형성되고 철학(哲學, philosophy), 문학(文學, literature), 미술 등 각종 학문과 더불어 건축도 학문으로서 체계를 갖추기 시작한 시기이다. 이 시기에 시공된 건축물로는 주로 신전이 가장 많았으며 그 외에도 능묘, 노천극장, 주택 등이 있다. 이 시기의 미학은 신의 속성이라고 생각하여 미를 추구하는 것이 신앙과 같은 신념이 되었고 미의 비결은 균형이나 비례관계 있다고 생각함으로서 당시의 건축시공학은 미적 건축물을 만들어 내는 일에 집중했다.

3) 로마의 건축시공학

로마시대의 건축시공학(Roman architecture)은 주로 대형건축의 축조를 위한 장 스팬과 아치, 돔의 발달과 함께 발전하였는데 이는 정신적이나 감각적인 이상을 추구하던 그리스와 달리 물질적이고 타산적이며 현실을 추구하는 국민성을 가지고 있어서 현실적으로 정치력이나 통제력이 탁월함과 아울러 구조적, 물질적, 물량적으로 큰 힘을 나타내는 역량적인 문화를 형성하였다.3) 아우구스투스(Augustus)를 기점으로 전, 후의 건축시공문화를 보여주고 있다. 시공된 건축물로는 포럼, 신전, 바실리카, 극장, 투기장, 목욕장, 개선문과 기념주, 궁전, 주택 등이 있다.

4) 중세의 건축시공학

중세시대는 초기 기독교건축-비잔틴건축-사라센건축-로마네스크건축 -고딕건축으로 이어지는 긴 역사를 가지고 있으며, 제위계승전을 기독교인의 도움으로 승리한 콘스탄티누스 황제(Constantinus)의 밀라노 칙령에 의하여 313년 기독교가 공인시키고 324년 통일 로마의 황제가 되었다. 이후 중세의 건축은 교회를 중심으로 발전하였으며, 신에 대한 믿음의 상징으로 높은 건축물의 건축이 성행하였다. 고딕건축(gothic architecture)은 로마 가톨릭건축의 하이라이트라 할 수 있다. 리브볼트(ribbed vault), 첨두아치, 플라잉버트레스(flying buttress), 피어 등의 새로운 건축시공법이 발전하였다.

5) 르네상스의 건축시공학

르네상스(Renaissance)건축은 종교적 열정도 낮아지고 공업의 발전을 바탕으로 기존 관념이나 의식구조의 변화로 중세의 신 중심의 가치관에서 깨어나 인간 본위에 대해 눈을 뜨기 시작하였다. 건축물 또한 교회 중심의 건축에서 궁전, 주택, 시청사 등의 인간생활 중심의 건축물의 시공이 성행하게 되었다. 따라서 과거 그리스 문화에서 보였던 균형이나 비례와 같은 미적 조화를 중시하였다. 필리포 브루넬레스키(Filippo Brunelleschi)의 피렌체 대성당의 시공을 기점으로 이탈리아에서 시작된 르네상스 건축시공은 건축물과 함께 건축가가 기록되기 시작하는 시기로서 이시대의 활동했던 건축가로서 도나토 브라만테(Donato Bramante), 미켈란젤로 디로도비코 부오나로티 시모니(Michelangelo di Lodovico Buonarroti Simoni), 라파엘로 산치오 다우르비노(Raffaello Sanzio da Urbino), 안드레아 팔라디오(Andrea Palladio) 등이 있으며, 특히 팔라디오의 『건축4서(I quattro Libri dell'architettura)』는 18세기 영국의 신고전주의 건축에 많은 영향을 끼쳤다.

7) 현대의 건축시공학

현대의 건축시공학은 포스트모던과 레이트모던에 따른 시각적이고 기술적인 형태에 따른 시공성의 고도화를 시도하는 경향으로 발전하였다. 구조적으로 보면, 철골구조, 철근콘크리트구조, 막구조 등이 재료의 발전과 함께 발전하였다. 특히 초고층 건물들이 많이 건축되는 현대 건축에서 시공법 연구가 그 중요도를 더욱 높이고 있다.

3. 접근방법 및 주요 연구영역

1) 접근방법

(1) 공정별 접근방법

건축시공은 여러 공정을 통하여 만들어내는 집약적 산업이다. 계약에서부터 마감공사이후 사용자에게 양도되는 시점까지 여러 공정이 진행되게 되며, 이렇게 현장에서 이루어지는 각 공정이나 행태별로 연구가 진행되어야 하며, 각각의 공정과 타 공정과의 연결성이나 관계성에 대한 연구도 필요하다.

(2) 재료 분류별 접근방법

건축은 또한 여러 재료들의 집합체로 이루어져 있다. 이런 재료는 건축재료학(建築材料學, construction materials)에서 다루고 있지만 건축시공학에서는 각 재료의 특성에 맞는 구법이나 공법을 파악하고, 시공 후에 발생 할 수 있는 하자 등의 문제점들을 파악하여 건축물의 품질을 높이는데 목적을 가지고 연구 접근하는 방법이다.

2) 연구영역

건축시공학을 이해하기 위해서는 먼저 건축설계 원리를 이해하고, 도면을 분석하며, 설계자의 의도와 건축주의 요구 조건을 충분히 인식하는 것이 필요하다. 그를 위해서 건축설계, 건축설비, 선축자재, 건축법규 등의 기본적 건축지식을 갖추어야 한다. 특히 건축물 용도에 따른 특성을 이해 하기위하여 자연조건 등 건축환경의 이해도 필요하다. 뿐만 아니라 실제 건축물이 시공되는 전 과정에 대한 통찰과 각 단계별 공학적 이해, 자재의 특성 등에 대해서도 연구해야 한다. 건축시공학은 인간의 기본생활인 의식주 생활 가운데 주거생활을 담당하는 매우 중요한 학문으로서 인간의 삶과 직접 관계된 중요한 학문이라는 점을 이해할 필요가 있다.

그리고 건축시공학을 학문적으로 접근하기 위해서는 기초적인 요건으로서 수학 및 공학적인 관련 지식의 함양이 먼저 필요하다. 즉, 미적분학(微積分學, calculus) 등의 수학적 지식은 물론 역학(力學, mechanics), 물리학(物理學, physics) 등 기초과학(基礎科學, fundamental science)과 공학적 요소에 대한 이해와 접근이 우선적으로 필요하다.

(1) 건축계약 관련 분야

대부분의 건축공사에 있어서 건축주가 자신이 직접 자신의 집을 건축하는 것이 아니라 전문가인 건축가에게 건축시공을 맡기게 되므로 건축에 있어서 계약 과정은 매우 중요한 사항이다. 계약에 앞서 건축주는 견적을 받게 되는데 이때 입찰이라는 방식을 사용하게 된다. 이런 입찰과 계약까지의 과정과 계약 방식, 시방서, 클레임 부분까지 모든 과정이 연구의 대상에 속한다.

(2) 건축공사계획 및 공정관리 부분

건축공사를 하기 앞서 먼저 이루어져야 할 것 중에 도면을 검토하고, 해당 토지 상황을 분석과 환경의 분석을 통해 시공여건을 파악한 다음 구체적 공사계획을 수립하여야한다. 이런 공사계획에 포함되어야 할 사항으로서 시공계획, 생산조직화, 공정관리, 공사관리, 건축 생산 합리화 등이 포함되어야 한다.

(3) 공정별 연구분야

해체공사, 가설공사, 토공사, 지정공사, 기초공사, 철근콘크리트공사, 철골공사, 조적공사, 방수공사, 미장, 타일공사, 목공사, 창호 및 유리공사, 마감공사 등 시공에 필요한 실제 공사 부분에 필요한 공정들을 합리적이고 효율적으로 시공하기 위한 공법과 구법을 연구한다.

4. 주요 용어 및 관련 직업군

1) 주요 용어

• 가구구조: 석재, 벽돌과는 달리 목재, 강재 등으로 짜서 만드는 형태의 건축구조를 말한다. 주로 한옥 등 동양건축이 이에 속한다.

• 가설공사: 건축공사에서 본공사를 위하여 필요한 일시적인 설비를 하는 공사로, 공사장 사무실·노무자 숙사·공사용 가건물공사, 재료운반을 위한 임시도로, 임시설로서의 동력공사·급수공사 등이 있다.

• 건축계약: 건축공사를 시공하기 전에 맺는 건축주와 시공자 사이에 맺는 모든 계약을 말한다.

• 공기조화: 실내 공기의 온습도, 청정도 및 기류 분포 등을 재실자에게 쾌적하고, 동식물의 생육이나 각종 공장에서의 물품의 저장 등 목적에 적합한 상태로 처리, 조정하는 것이다. 사람을 대상으로 하는 보건용 공기 조화, 물품을 대상으로 하는 산업용 공기 조화가 있다.

• 금속공사: 금속류를 다루는 공사 중 철골, 철근, 판금, 창호, 설비 공사를 제외하는 것의 총칭. 예를 들면 코너 비드, 줄눈 철물, 조이너, 논슬립 등의 부착 공사를 말한다.

• 기초공사: 구조물에 작용하는 하중이나 구조물의 자체 무게 등을 지지하는 지반 등에 안전하게 지지할 수 있도록 고려하여 만든 기초용의 구조물. 토질에 따라서 직접 기초, 말뚝박기 기초, 케이슨 기초 등이 있다.

• 내장공사: 건물 내부(벽·바닥·천장 등)의 치장과 설치를 위주로 한 마무리공사로, 적절한 구조와 재료를 선택하여 생활공간을 아름답고 기밀성과 내구성이 있게 꾸여야 한다.

• 도미노 공법: 프랑스 건축가 르 코르뷔지에가 개발한 건축공법으로 기둥과 보 시스템을 계속 연결함으로서 다층의 공간이나 넓은 평면구성을 가능케 한 공법으로 주로 아파트가 이에 해당된다. 연속적인 형태로서 도미노에서 따온 명칭이다.

• 도장공사: 도료를 표면에 칠하여 도막을 형성시키는 공사를 말하는데, 그 목적은 내습성(耐濕性)·내후성(耐候性)·내약품성을 가지게 하여 방부(防腐)·방청(防錆)·방충(防蟲)·방화나 장식을 하는 것이다.

• 목공사: 목재의 가공·조립·설치에 관한 공사를 말한다. 각종 목조 건축공사, 철근 콘크리트구조 등 종류가 다양하지만, 크게 구분하여 구조목공사, 기초 목공사, 거푸집 목공사, 마무리 목공사로 나눈다.

• 미장공사: 회반죽, 진흙, 모르타르 등을 바르는 공사. 각종 마감 공사 중 건물의 우열을 결정하는 규준이 될 정도로 중요한 공사의 하나.

• 설비공사: 건축물의 냉난방, 공기 조화, 급배수, 기타의 위생 관계, 전기 가스 관계, 기타 여러 설비 전반의 공사를 말한다.

• 수장공사: 건축물 내부의 치장을 하는 마무리에 관한 공사

• 스팬(span): 기둥과 기둥사이의 간격

• 유리공사: 유리가 끼워진 칸막이, 커튼 월(장막벽)이나 창유리의 부착 등 유리를 다루는 공사의 총칭.

• 조적구조: 조적식구조는 벽돌 또는 콘크리트 블록을 모르타르로 점착하여 쌓는 구조로서 주택과 같은 소규모 건물에 주로 쓰이며, 4~5층의 건물도 가능하다. 내습(耐濕)·내구성이 좋으며 내화 구조이고, 경제적이어서 가장 보편적인 방식으로 평가된다.

• 창호공사 : 일반적으로 창호를 만드는 것을 창호공사라고 하며, 이에 종사하는 사람을 창호공이라고 한다. 목제 창호는 미리 현장에서 치수를 재거나 표준물을 만들어 놓고 현장에서 반자대받이나 상인방에 치수를 맞추어 다듬질한다. 또 금속제 창호는 거의 공장에서 만들어지며 현장에서 장치한다.

• 철골구조 : 철골구조는 공장에서 생산되는 다양한 규격의 강재(鋼材)를 용접·볼트·리벳 등으로 접합하는 구조법으로서 목조와 마찬가지로 가구식구조(架構式構造)이다. 철골은 다른 재료에 비하여 균질도가 높고, 강도가 크며, 철근 콘크리트 구조보다 중량이 가벼워서 고층건물이나 칸 사이가 큰 공간을 구성하기가 용이하다.

• 철근콘크리트구조: 철근콘크리트구조는 콘크리트의 강력한 압축성능과 철근의 강인한 인장성능(引張性能)을 결합시킨 구조법으로서, 콘크리트는 시멘트·모래·자갈을 적절한 혼합비로 섞어 물에 개어 만들고, 철근은 각종 규격에 따라 생산되는 것을 선택하여 쓴다. 조적식 구조나 목조에 비해서 막대한 가구구성(架構構成)능력을 지녔기 때문에 기둥 간격을 5~9 m로 세울 수 있어 넓은 공간을 꾸밀 수 있다.

• 타일공사: 벽이나 바닥에 타일을 붙이는 공사를 말한다.

• 토공사: 구조물(構造物)을 시공함에 있어서 기초나 지하실을 구축하기 위해 필요한 지반면(地盤面)까지의 공간을 굴착, 완료한 뒤에 지반면까지 다시 메우는 작업을 가리키는 공사의 총칭이다. 비교적 소규모의 공사에서는 부지정리(敷地整理)·지반의 틈처리·구덩이파기·되메우기·흙쌓기·땅고르기·잔토처분(殘土處分) 등의 공사를 의미한다.

• 트러스구조: 목재·강재 등의 단재(單材)를 핀 접합으로 세모지게 구성하고, 그 3각형을 연결하여 조립한 뼈대를 말한다. 각 단재는 축방향력으로 외력과 평형하여 휨·전단력은 생기지 않는다. 형식에 따라서 명칭이 붙여진다.

• 포틀랜드 시멘트: 1824년 조지프 애스프딘이 특허를 딴 시멘트로 대표적인 수경성 시멘트이다. 주성분으로서 실리카, 알루미나, 산화철 및 석회를 포함하는 원료(보통, 석회석, 점토 또는 연규석, 황철광 신터를 사용)를 적당한 비율로 충분히 섞고, 그 일부가 용융하기까지 소성한 클링커에 적당량의 석고를 가하여 분쇄해서 분말로 한 것이다. 보통 포틀랜드 시멘트, 조강(早强) 포틀랜드 시멘트, 중용열(中庸熱) 포틀랜드 시멘트 등 이 있다.